Кэри Муллис в 1960-х годах учился на биохимика в Беркли и регулярно употреблял ЛСД . Его докторская диссертация содержала столько шуток, что комиссия потребовала вырезать «сумасбродные фрагменты» перед защитой . Нестандартный подход Муллиса к науке привел к созданию метода ПЦР, который сегодня используется во всех генетических лабораториях мира .
🧬 Зарождение биотехнологий и компания Cetus 2:30
Том Уайт нанял Кэри Муллиса в биотехнологический стартап Cetus, зная о его навыках синтеза галлюциногенов в Беркли . Компания Cetus, основанная в 1971 году, стала одной из первых в мире организаций, работающих с манипуляциями ДНК . В то время ученые только начинали понимать механизмы работы вирусов-бактериофагов, которые внедряют свою ДНК в клетки бактерий .
Исследователи обнаружили у бактерий защитные молекулы — рестрикционные ферменты. Эти молекулы сканируют ДНК вируса и разрезают её в специфических местах . Ученые извлекли эти ферменты, создав набор «наноскопических ножниц» для работы с человеческим геномом . Cetus стремилась использовать эти инструменты для создания коммерческих тестов на генетические заболевания .
🔍 Проблема поиска мутаций в геноме 4:16
Одной из главных целей компании была диагностика серповидноклеточной анемии на генетическом уровне . Ген бета-глобина, отвечающий за форму эритроцитов, находится на кончике 11-й хромосомы . Болезнь возникает, если человек наследует замену нуклеотида аденина (A) на тимин (T) от обоих родителей . Муллис сравнивал поиск этой единственной ошибки среди 6 миллиардов букв генома с попыткой прочитать номерной знак на Земле, находясь на Луне .
Для поиска мутаций тогда использовали метод Саузерн-блоттинга:
- ДНК разрезали ферментами на фрагменты разной длины .
- С помощью гель-электрофореза фрагменты разделяли по размеру .
- ДНК «расстегивали» при температуре выше 90 градусов, разрушая водородные связи .
- Вводили радиоактивные зонды — короткие синтетические цепочки ДНК, которые прикреплялись к целевой мутации .
Этот процесс занимал недели и был крайне неэффективным для коммерческого использования . Уровни радиоактивного сигнала часто оказывались слишком слабыми для точной диагностики .
🚗 Эврика на дороге в Мендосино 10:39
Кэри Муллис в Cetus занимался скучной работой — синтезом коротких радиоактивных фрагментов ДНК . Когда в лаборатории появился аппарат, способный выполнять месячный объем его работы за день, у Муллиса появилось свободное время . Идея ПЦР пришла к нему в пятницу вечером весной 1983 года во время поездки на автомобиле в округ Мендосино .
Муллис представил ДНК-копировальный аппарат:
- Вместо мощного телескопа для поиска «номера на Луне» нужно просто создать миллиард копий этого номера .
- Использование праймеров позволяет пометить нужный участок ДНК с двух сторон .
- ДНК-полимераза прикрепляется к праймерам и достраивает комплементарную цепь .
- Полимераза работает только в одном направлении — от 5'-конца к 3'-концу, где находится свободная OH-группа .
Повторение цикла «нагрев — отжиг праймеров — достраивание цепи» дает экспоненциальный рост копий . После 30 циклов количество специфических фрагментов ДНК превышает один миллиард . Муллис записал идею на обратной стороне квитанции за бензин .
🌡️ Решение проблемы термостабильности 18:10
Первые эксперименты Муллиса в 1983 году с человеческой ДНК провалились из-за сложности генома . Коллеги по Cetus, включая Тома Уайта и Генри Эрлиха, считали его данные небрежными и лишенными контроля . Муллису дали испытательный срок в один год, назначив дополнительных техников для проверки метода . К весне 1985 года группа доказала работоспособность ПЦР .
Главной проблемой оставалась нетермостойкость полимеразы из бактерии E. coli . Она разрушалась при 95 градусах, необходимых для разделения цепей ДНК. Ученым приходилось вручную добавлять новую порцию фермента после каждого цикла . Решение нашлось в открытии Тома Брока и Хадсона Фриза, сделанном в 1964 году в Йеллоустоне .
Они обнаружили бактерию Thermus Aquaticus (Taq), живущую в кипящей воде гейзеров . Ферменты Taq-полимеразы адаптированы к экстремальным температурам . Использование этой полимеразы позволило автоматизировать ПЦР и резко повысить чистоту реакции, так как высокая температура мешала праймерам прикрепляться к случайным участкам .
🏆 Нобелевская премия и отрицание науки 26:59
Муллис покинул Cetus вскоре после презентации ПЦР на симпозиуме в 1986 году, поссорившись с коллегами из-за очередности авторов в научных публикациях . В 1993 году он получил Нобелевскую премию по химии . После этого Муллис фактически перестал заниматься наукой и начал продвигать эксцентричные взгляды .
Кэри Муллис публично заявлял о следующих вещах:
- Встреча со светящимся енотом и похищение инопланетянами .
- Отрицание глобального потепления и разрушения озонового слоя .
- Утверждение, что ВИЧ не вызывает СПИД .
Его позиция по ВИЧ имела катастрофические последствия. Президент ЮАР Табо Мбеки, опираясь на мнение Муллиса, ограничил доступ населения к антиретровирусной терапии . По оценкам исследователей, это привело к смерти более 330 000 человек . Кэри Муллис умер в 2019 году от пневмонии, за год до того, как ПЦР стал основным инструментом борьбы с пандемией COVID-19 .
